سیستم خورشیدی چیست؟

با هدف بهینه سازی مصرف انرژی ساختمان، علاوه بر اقدامات لازم برای کاهش انتقال حرارت از پوسته خارجی ساختمان، می توان از سیستم ها و تجهیزاتی نیز بهره جست تا نیاز انرژی ساختمان تا حد امکان کاهش یابد. در حال حاضر فناوری های مطرح در سطح جهانی امکان طراحی و ساخت ساختمان هایی را فراهم می نمایند که دارای نیاز انرژی کمی هستند. ساختمان هایی نیز طراحی و ساخته می شود که نه تنها تمامی نیاز انرژی سالانه را به صورت مستقل تامین می نمایند، بلکه قادر هستند انرژی اضافی تولید شده را به شبکه برق سراسری منتقل کنند. بهره گیری از سیستم های خورشیدی به جهت دستیابی به اهداف تعیین شده است و در واقع با کمک سیستم های خورشیدی می توان در مصرف انرژی کاهش ایجاد کرد.

انواع سیستم های فعال و غیر فعال خورشیدی

سیستم های فعال خورشیدی به سیستم هایی گفته می شود که انرژی خورشیدی را به کمک تجهیزات مکانیکی و انرژی های دیگر (به طور معمول الکتریکی) جمع آوری و نگه داری می کنند، تا در زمان مناسب به فضای داخلی ساختمان انتقال دهند.

سیستم های غیر فعال خورشیدی سیستم هایی اند که انرژی خورشید را بدون اینکه از سیستم های مصرف کننده یا پمپ یا کنترل کننده استفاده کنند، گرد هم آوری، نگه داری و توزیع می کنند. با این شیوه، اجزای مختلف یک ساختمان به طور همزمان انتظارات مختلف طرح در زمینه های معماری، سازه و انرژی را برآورده می سازند. در واقع زمانی که گردآوری انرژی و هزینه های ابتدایی دغدغ اصلی طراح می باشند، این سیستم ها در میان دیگر سیستم های خورشیدی کارآمد ترین سیستم ها خواهند بود.

در این بخش، تنها به سیستم هایی پرداخته می شود که برای گرمایش، سرمایش، تهویه و تامین آب گرم مصرفی مورد استفاده قرار می گیرند.

بیشتر بخوانید: تاثیر انرژی های تجدید پذیر در زندگی آینده

مطرح ترین سیستم های خورشیدی

مطرح ترین سیستم های خورشیدی عبارت اند از: دیوار ترومب، دیوار آبی، دیوار-کنستانتینی، بام آبی، فضای خورشیدی (گلخانه)، جمع کننده (کلکتور) خورشیدی، پنجره با جریان هوا، نمای دو پوسته، دیوار خورشیدی صلب مجوف، دودکش خورشیدی، سلول فتوولتائیک، پمپ گرمایی خورشیدی و چیلر جذبی خورشیدی. در ادامه به توضیحی مختصر در مورد چگونگی عملکرد هر کدام از این سیستم ها پرداخته ایم پس با ما همراه باشید.

چگونگی عملکرد هر کدام از مدل های سیستم های خورشیدی

دیوار ترومب رایج ترین سیستم خورشیدی: دیوار ترومب پس از آن که فلیکس ترومب آن را در سال 1966 در فرانسه ابداع نمود، به این نام نامگذاری شد. این دیوار، نوعی سیستم غیر فعال خورشیدی که در پنجره های رو به جنوب لجرا می شود. در این سیستم، جرم حرارتی پشت شیشه ضلع جنوبی قرار داده می شود. این دیوار نوعی دیوار خورشیدی است که در بالا و پایین آن، دریچه های تهویه ی قابل کنترل در نظر گرفته می شود، تا از انتقال گرما از طریق همرفت امکان پذیر گردد. با تابش خورشید به دیوار، گرما در فضای بین جدار و شیشه محبوس می شود و باعث افزایش جذب گرما توسط دیوار می گردد. شب هنگام، دریچه ها بسته می شوند، و در اثر تاخیر زمانی، تابش گرما از دیوار به فضای داخل صورت می گیرد.

دیوار آبی و ذخیره انرژی خورشیدی: در دیوار آبی به جای بتن یا مصالح بنایی، از آب استفاده می شود. ظرفیت گرمایی آب از ظرفیت گرمایی اکثر مصالح ساختمانی بیشتر است. در نتیجه، این دیوار قابلیت ذخیره سازی بسیار بالایی دارد. البته دراینجا باید به این نکته اشاره کرد که از طرفی ساخت دیوارهای آبی با مشکلات اجرایی همراه است، و از طرف دیگر، جریان آب در دیوار انتقال گرما به عمق جدار را سرعت می بخشد، و تاخیر زمانی دیوار به حداقل می رسد. در دهه های اخیر، با مطرح شدن و گسترش کاربرد (مصالح تغییر فاز دهنده) جرمی اندک و قابلیت ذخیره سازی بسیار بالا، کاربرد دیوار های آّبی به حداقل رسیده است.

بام آبی و حبس انرژی ساطع شده از خورشید: این سیستم دارای مشابهت هایی با دیوار ترومب است، و در آن آب در کیسه های پلاستیکی سیاه رنگ بر روی یک بام تخت فلزی ذخیره می شود. در طول روز زمستان، خورشید کیسه های آب را گرم می کند. گرما به سرعت به پایین جریان می یابد و از سقف به داخل تابیده می شود. در شب، عایق متحرک کیسه های آب را می پوشاند تا مانع از دفع گرما به سمت آسمان شب گردد. در تابستان، در طول شب عایق متحرک از روی کیسه ها برداشته می شود، تا در مقابل آسمان شب قرار گیرند، و گرمای ذخیره شده را از دست بدهند. در ساعات روز، کیسه های آب با عایق متحرک پوشانده می شوند، تا در نقش جاذب گرمایی داخل ساختمان را خنک سازند.

فضای خورشیدی (گلخانه): فضای خورشیدی، یکی از انواع سیستم های غیر فعال خورشیدی است که تابش خورشید را مستقیما دریافت و آن را در دیوارهای خود جذب و ذخیره می نماید. سپس، در زمان های مناسب، گرمای جذب شده را به فضای مجاور انتقال می دهد. در واقع، این سیستم همان سیستم (دیوار حرارتی) است که جدار شیشه ای آن با فاصله ی بیشتری از جرم حرارتی قرار می گیرد. در این سیستم بخشی از گرما از طریق همرفت طبیعی به هوای گلخانه منتقل می شود و بخشی از آن به عناصری از گلخانه که دارای جرم حرارتی بالا هستند، منتقل می شود. از این رو، گلخانه به عنوان یک فضای دارای دریافت مستقیم عمل می کند، و گرمای تولید شده در آن جهت حفظ دمای مطلوب استفاده می گردد. همچنین، گلخانه به عنوان یک فضای دارای دریافت غیر مستقیم رفتار میکند که گرمای تولید شده در آن برای گرمایش فضاهای مجاور آن مورد بهره برداری قرار می گیرد. لازم به ذکر است اگر دیوار مشترک بین گلخانه و فضاهای مجاور آن عایق کاری حرارتی شود، تا انتقال گرما تنها از طریق همرفت طبیعی صورت بگیرد، گلخانه به عنوان یک فضای دریافت مجزا عمل خواهد نمود.

کلکتور (جمع کننده) هوایی خورشیدی: در تابستان، با گرم شدن لایه ی خارجی کلکتور و هوای موجود در آن، هوای گرم شده به طرف بالا حرکت کرده و موجب می شود هوای داخل ساختمان به خارج کشیده شود. لازم به ذکر است دراین سیستم، قسمت پایینی لایه ی هوای کلکتور با هوای فضای داخل ساختمان مرتبط می گردد.

پنجره با جریان هوا به جهت ذخیره کردن انرژی خورشیدی: پنجره های با جریان هوا، عموما شامل این بخش ها می باشند: یک شیشه دو جداره در طرف رو به خارج، شیشه ی یک یا دو جداره در طرف رو به خارج، شکاف هایی برای عبور هوا از فضای داخل ساختمان یا خارج آن به فضای بین شیشه ها از پایین پنجره، یک شکاف دیگر در بالا برای خارج شدن هوای ورودی بین شیشه ها و ( در صورت لزوم) یک پرده ی قابل تنظیم جاذب یا انعکاس دهنده در فضای هوا. در زمستان، پرده ی موجود در فضای بین دو مجموعه شیشه داخلی و خارجی بالا برده یا پایین آورده می شود و سمت جاذب آن به طرف خارج قرار داده می شود، در حالی که در تابستان این پرده ممکن است پایین آورده شود و سمت انعکاس دهنده ی آن به طرف خارج قرار داده می شود.

نمای دو پوسته از سیستم های خورشیدی مهم: یک نمای دو پوسته مانند یک پنجره با جریان هوا عمل می کند، با این تفاوت که نیازی نیست که تمام نقاط هر دو پوسته کاملا نور گذر باشد و لایه ی هوای بین دو پوسته می تواند به اندازه ی کافی عریض باشد تا امکان دسترسی افراد به آن فراهم گردد. با گرم شدن هوای بین این سیستم خورشیدی، هوای گرم بالا می رود. به کمک این شیوه می توان ساختمان را تهویه ی غیر فعال نمود. در ساختمان های چند طبقه، با استفاده از دریچه های تهویه کنترل هوشمند، هوای بالا رونده در هریک تا دو طبقه به سمت خارج هدایت می شود. از این طریق می توان افزایش دمای هوای بین دو پوسته را محدود نمود و در عین حال انرژی لازم از خورشید را دریافت کرد.

دیوار های خورشیدی صلب مجوف: این دیوار ها شامل یک پوشش فلزی در خارج می باشند که مانند یک پانل خورشیدی عمل می کنند. این پوشش، توسط میلیون ها سوراخ کوچک مجوف شده است. این سیستم ها، در حال حاضر از آلومینیوم ساخته می شوند. اما به دلیل گران بودن آلومینیوم و بالا بودن (انرژی در بر گرفته) در آن برای تولید از مقاطع فولادی گالوانیزه و بعضی پلاستیک ها استفاده می شوذ که کاهش اندک بازدهی سیستم را به دنبال دارد و در عوض به میزان قابل توجهی هزینه ها را کاهش می دهد.

سلول فتوولتائیک یا سلول های خورشیدی: این سلول ها از پولک هایی ساخته می شوند که نور را مستقیما به الکتریسیته تبدیل می کنند. با استفاده از این سلول ها، می توان انرژی خورشیدی را به جریان برق مستقیم تبدیل نمود.

پمپ گرمایی با انرژی خورشیدی: در پمپ های گرمایی از انرژی الکتریکی یا انرژی برگفته از سوخت های فسیلی برای جا به جا کردن گرما از داخل به خارج 0 در اوقات گرم سال) یا برعکس (در اوقات سرد سال) استفاده می شود.

چیلر های جذبی: انرژی حرارتی خورشید را می توان به طور مستقیم برای سرمایش و رطوبت زدایی مورد استفاده قرار داد. چیلر های جذبی از تکنولوژی های مطرح است که برای تولید سرمایش بسیار مورد بهره برداری قرار می گیرد.

جلوگیری از اتلاف انرژی توسط سیستم های خورشیدی

به طور با یک سری از روش های جلوگیری از اتلاف گرما آشنا شدید که این روش ها در بعضی از پروژه ها و کشور ها به وسیله انرژی خورشیدی در حال اجرا هستند و نتایج خوبی را به ما داده اند. همچنین این امکان وجود دارد که در آینده ای نه چندان دور روش های دیگری نیز به آنها اضافه شود، در حقیقت هدف اصلی پیاده سازی این روش ها برای زندگی بهتر و کاهش مصرف انرژی است.